產生孢子的細菌電池可在貨架上保存100年再激活使用
研究人員剛剛開發出一種電池,在被成功激活之前可以儲存100年。秘密在於將休眠的細菌封存起來,直到它們被召喚到發電服務過程中。新的生物電池建立在賓漢姆頓大學(BU)以前進行的工作基礎上,其中由Seokheun Choi領導的研究小組創造了一個可食用的電池,當pH值敏感的膜在小腸中溶解時,該電池就會被激活。這導致枯草桿菌復活並開始產生孢子–這一過程產生了足夠的電力,為小型傳感器供電,如可用於監測腸道健康的相機。
基於細菌的電池被稱為微生物燃料電池或MFCs,Choi之前已經創造了靠人體自身的細菌或唾液發電的版本,以及一個靠髒水運行的摺紙版本。
在最新一輪的研究中,Choi的團隊(位於BU的生物電子學和微系統實驗室)再次利用了細菌保持休眠的能力,直到有合適的條件來發揮作用。然而,這一次,科學家們專注於製造一種能在體外運作的電池,即使在架子上放了幾十年也能發揮作用。
“我們想製作這些生物電池,以獲得便攜、可儲存和按需發電的能力,”Choi說。”問題是,我們如何能夠提供細菌的長期儲存,直到使用?而如果這是有可能的,那麼你將如何提供按需激活的電池,以便快速和容易地發電?以及你將如何提高功率?”
為了回答這些問題,該團隊將枯草芽孢桿菌包裹在石墨烯水凝膠中,該凝膠擅長從空氣中抓取水分。然後他們用一塊KAPTON膠帶將燃料電池組件密封起來,該膠帶可以在-500至750°F(-296至399°C)的溫度範圍內發揮作用。一旦膠帶被移除,水凝膠將水分輸送給細菌,導致它們開始製造孢子。
一小時後,電池有足夠的電力為一個LED燈、一個溫度計和小型數字濕度計供電。對燃料電池進行加熱,使其達到滿功率的時間縮短到20分鐘。此外,在室溫下存放一周後,被激活的電池只損失了2%的電量。
一旦被激活,這種電池能夠持續一周而不損失太多電力,然而,對於這個微小的生物電池來說,一個更大的名聲是,研究人員認為它可以在未激活的狀態下保持100年之久,並且仍然可以完美地運作,只要空氣中有足夠的水分,一旦膠帶被移除,就可以激活細菌。
這項研究由美國海軍研究辦公室資助,並已發表在《Small》雜誌上。